Il dimensionamento geotecnico dei pali di fondazione con l’interazione terreno-palo

Interazione geotecnica terreni-pali secondo i diversi sforzi sulla superficie laterale e i meccanismi di collasso

Nella fattispecie le NTC 2018 richiedono, in generale (§ 6.4.3), che “….le verifiche dovrebbero essere condotte a partire dai risultati di analisi di interazione tra il terreno e la fondazione costituita dai pali e dalla struttura di collegamento (fondazione mista a platea su pali) che portino alla determinazione dell’aliquota dell’azione di progetto trasferita al terreno direttamente dalla struttura di collegamento e di quella trasmessa dai pali”, la richiesta ha valenza anche per gli SLU.

In particolare, nella verifica degli SLE (§ 6.4.3.2), per le NTC “ …si devono calcolare i valori degli spostamenti e delle distorsioni nelle combinazioni caratteristiche previste per gli stati limite di esercizio al § 2.5.3, per verificarne la compatibilità con i requisiti prestazionali della struttura in elevazione, come prescritto dalla condizione [6.2.7]”.

Anche la Circolare 2019 (§ C6.4.3) richiama l’importanza dello studio d’interazione nella caratterizzazione geotecnica dei terreni che interagiscono con i pali; cita in proposito “…che deve essere effettuata tenendo conto delle diverse modalità di trasmissione degli sforzi lungo la superficie laterale e alla base e dei relativi meccanismi di collasso. Conseguentemente, il progettista deve orientare le indagini in sito e le prove di laboratorio verso la ricerca dei parametri più appropriati alla descrizione di tali meccanismi, oltre che alla valutazione della rigidezza del complesso palo-terreno necessaria per le verifiche agli stati limite di esercizio”.

Non dissimile è il punto di vista dell’EC 7 (§ 7.3.1(3)) quanto suggerisce: “Al fine di determinare le azioni trasmesse dalla struttura che si devono adottare nel progetto delle fondazioni su pali, può essere necessario analizzare l'interazione terreno-struttura. Nell’analisi d’interazione può essere necessario fare riferimento ai valori caratteristici sia superiori che inferiori dei parametri di deformazione”.

Lo stesso EC 7 rende prescrittiva (§ 7.3.2.1 P(2)) l’analisi d’interazione palo-terreno laddove “ …lo spostamento del terreno viene trattato come un'azione. Si procede quindi a un'analisi d’interazione per determinare le forze, gli spostamenti e le deformazioni nel palo”;  per esempio nel caso della valutazione dell’attrito negativo (§ 7.3.2.2 P(3)).

La possibilità di prevedere l’interazione palo-terreno e quindi la curva carico-cedimento, senza dover ricorrere a complessi metodi numerici FEM (Finite Elements Methods), rappresenta pertanto un notevole plus progettuale laddove non è già una prescrizione normativa, in grado di superare determinati empirismi da sempre alla base dei consueti metodi di dimensionamento normativo basati generalmente sulle tensioni limite.

Nell’articolo s’illustrano metodi di valutazione e di calcolo, implementabili anche su fogli elettronici, applicabili sia al caso dei pali “rigidi” sia nel caso di pali “comprimibili”, in grado di considerare l’interazione palo-terreno e il progressivo trasferimento dei carichi verso le maggiori profondità, sulla base del calcolo già espresso nel precedente lavoro dell’autore [FROLDI, 2018].

Metodi di calcolo per palo “rigido”

La definizione corretta di palo rigido, nei confronti dei carichi verticali, comporta l’ipotesi che ogni punto del palo abbia lo stesso spostamento (verticale, in genere un cedimento) per tutti i punti del suo sviluppo in profondità.

L’ipotesi implica ovviamente che una quota parte (funzione della reazione laterale) del carico in testa raggiunge la base, diversamente dal caso di un palo comprimibile che può funzionare anche come “sospeso”.

L’assunzione implica inoltre, evidentemente in prima ipotesi, che la rigidezza assiale propria del palo (K_p) sia infinita, il che equivale a un modulo elastico del materiale costitutivo pari a infinito, essendo l’area della sua sezione retta (A_p) e la sua lunghezza (L) non nulle; al limite, la rigidezza infinita può ottenersi anche con una lunghezza L nulla.

Ragionando in modo più approssimato, con approccio ingegneristico pragmatico, un palo può considerarsi “rigido” laddove:

1. ha limitata lunghezza e significativa area della sezione retta
2. è immerso in un terreno con scadenti caratteristiche meccaniche e in particolare molto deformabile.

In bibliografia l’ipotesi di palo rigido (in cui il carico raggiunge la base) sussiste, nel caso di terreno di caratteristiche elastiche variabile linearmente con la profondità, sostanzialmente quando [FLEMING ET ALII, 1985, 2009, LANCELLOTTA & CALAVERA, 1999]:

[1]

Al contrario, il palo può essere definito di lunghezza infinita, o infinitamente comprimibile, ovvero il carico non raggiunge la base poiché viene equilibrato, ad una certa profondità, dall’attrito dell’interfaccia, quando:

[2]

In quest’ultimo caso il tratto in cui si sviluppa l’attrito d’interfaccia equilibrante è chiamato lunghezza
attiva (La) e vale:
[3]

G_L = valore del modulo di taglio in corrispondenza della lunghezza attiva.

Sebbene non specificato in bibliografia, la [1] può essere ricavata agevolmente sviluppando e semplificando la seguente eguaglianza (rigidezza dl palo fixed-based = rigidezza dell’interfaccia del palo):
[4]

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Il pdf continua parlando del calcolo elastico di un palo rigido e della sua relazione carico-cedimento, del caso di terreno coesivo in termini di tensioni totali e di terreno granulare o coesivo in termini di tensioni efficaci e  infine del calcolo elasto-plastico.